电磁发射技术的发展及其军事应用

电磁发射技术的发展及其军事应用

王静端

(南昌陆军学院, 江西南昌　330103)

火力与指挥控制 （学报）

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电磁发射技术，作为一门前沿的高军事科技，正受到全球范围内的广泛关注与推进。本文在概述电磁发射技术发展历程的同时，重点阐述了基于电磁发射技术发射的超高速炮弹动能武器——电磁炮（EM G）的构造、运作机制、优势及其在军事领域的应用，并对EM G所面临的挑战及未来发展趋势进行了探讨。

关键词: 电磁发射; 电磁炮; 武器系统

中图分类号: TJ 866　　文献标识码:A

关键词：电磁发射技术，电磁脉冲武器系统

1　电磁发射技术的发展状况

在1822年，科学家安培揭示了通电导体在磁场中会受到力的这一现象，并据此推导出了相应的定量公式。这一发现不仅彰显了电与磁之间能够产生机械力的新型动力源的重要性，而且为电动机的诞生奠定了坚实的理论基础。到了1916年，部分科学家已经开始设想利用电磁能量来推动弹丸。在两次世界大战以及战后时期，法国、德国、美国、日本等国家均尝试过研发一种新型电磁发射系统，即电磁炮，该系统旨在用电磁力取代火药来加速弹丸。然而，由于当时技术水平有限，以及缺乏储存大量电能的有效方法，这些国家未能成功研制出电磁炮，甚至有的国家最终选择了放弃这一研究项目。20世纪70年代，科技进步的浪潮中开元ky888棋牌官方版，澳大利亚国立大学在堪培拉进行了电磁炮（轨道炮）的首次试验，成功将重量为3克的塑料弹体加速至每小时6公里的速度，这一壮举充分展示了该武器的巨大潜力。自那时起，电磁发射技术在军事领域的应用成为了公众热议的焦点，并且该技术由此迎来了迅猛的发展势头。

自80年代起，尤其是近十年间，伴随着新技术和新材料的持续进步，电磁发射技术在多个领域，包括发射设备、发射重量、弹丸飞行速度以及大功率电源等方面，实现了众多突破和进展。在20世纪80年代初，美国苏伦斯·利弗莫尔国家实验室与洛斯·阿拉莫斯实验室携手合作，他们运用了一门口径达1217毫米、长度为5米的轨道炮，成功地将一枚重212克的弹丸加速至每秒10公里的高速。在此过程中，他们所采用的电源设备是一种磁通压缩发电机，该设备能够将爆炸产生的能量有效转化为电能。美国西屋公司成功研发了一款实验性的轨道炮，该炮以1715MJ的单极发电机为动力源，能够将重量约300克的弹丸加速至5km/s的初速度，炮口能量高达218MJ；与此同时，其他发达国家在电磁发射技术领域的研究也实现了显著的突破。前苏联的A·斯维特索夫同样实现了对重量为113克的弹丸的加速，使其速度达到了2千米每秒；而他在对50克弹丸进行加速时，成功将其速度提升至3千米每秒至4千米每秒之间。

目前，全球已成功研制出直径达1.3米、长度为215米的电磁轨道炮。该炮能够将重量介于3克至300克之间的聚碳酸脂塑料弹丸加速至4千米每秒至11千米每秒的速度。美国、英国等国家亦研发出若干新型发射设备，在发射重量及弹丸速度等领域均实现了新的突破。在大功率电源研究领域，美国已成功开发出炸药发电设备，该设备能够输出高达30兆焦耳的能量，同时具备250毫安的最大电流输出能力。除此之外，他们还研发出了一种能量输出为5兆焦耳的单极发电机，该发电机能够产生1毫安的大电流。目前，全球各国，特别是众多发达国家，对电磁发射技术给予高度关注，主要缘于对传统火药驱动火炮的研究发现，炮弹的初速已达到物理上的极限，导致射程无法再进一步增加。电磁发射系统的推力远超火药发射系统，高出十倍之多；其作用时长亦显著长于火药燃气压力对弹丸的作用时间；它能够将弹丸加速至每秒数公里甚至数十公里的高速，赋予弹丸巨大的动能和强大的穿透力，进而大幅提升了武器的射程和威力。

电磁发射弹丸以其射程之远、速度之快、杀伤力之强而著称；射击时无噪音、无烟雾、无炮口火焰，隐蔽性极佳；射程调整灵活，不受推进剂原料的限制；电能可由多种初级能源产生。因此，它在军事领域的应用前景广阔，已成为未来武器系统发展规划中不可或缺的关键组成部分。美国国防部已将电磁炮技术纳入其关键技术研发计划之中。近期，美国陆军致力于开展电磁炮的研究，其弹丸速度介于215公里每秒至4公里每秒之间，旨在为未来的主战坦克配备主炮，并借此提升反装甲作战能力；同时，美国空军正在对90毫米口径的电磁轨道炮进行演示和验证，试验结果显示，该炮已能够将重量为6公斤的弹丸以2公里每秒的初速射出。电磁炮在战术层面的应用将迈入全面工程化阶段，而用于战略防御的电磁炮也将接受全面审查。伴随着电磁发射技术的日益完善，电磁炮预计将在21世纪逐步实现武器化，并在军事领域得到广泛的使用。

2　电磁炮结构类型、工作原理及其特点

电磁炮，亦称作脉冲能量电磁炮，这一武器系统依托电磁发射技术，通过电磁力将超高速炮弹射出，并借助其动能对目标造成破坏。根据其结构特点，电磁炮主要分为线圈炮、轨道炮和重接炮三种类型。其中，线圈炮是电磁炮技术发展过程中的早期形态，它由固定的线圈和弹丸线圈两部分构成。固定线圈如同炮管一般，通电后能产生运动磁场，并在弹丸线圈内激发出感应电流。这种线圈炮通过磁场与感应电流的相互作用，利用电磁力来加速弹丸线圈，从而实现炮弹的高速发射。轨道炮，亦称导轨炮，它是电磁炮技术发展中的主要类型。该装置设有两条并行的导轨，导轨中央设有用于容纳弹丸的滑动装置，滑动装置后方与两条导轨接触的是固态电枢或等离子体电枢。轨道炮通过利用导轨中流动的电流产生的磁场与电枢中流动的电流产生的磁场相互作用，从而产生电磁力，以此加速弹丸并使其射出。重接炮作为电磁炮的最新进展，属于一种多级加速的无接触式电磁发射设备。无炮管设计要求炮弹在进入重接炮前必须达到一定的初始速度。其运作机制是借助两个磁场的重新结合来发射物体。当这两个磁场相互影响并扩展成更大的空间或新的磁场结构时，弹丸便会被迅速推向前方。这种无管炮不涉及过热和烧蚀的发射问题，被视为未来天基超高速电磁炮的初步形态。目前，理论研究主要针对单极重接炮。预计EM G将采用4km/s至8km/s的速度（炮口动能介于30MJ至60MJ）进行超高速发射，其发射口径在30mm至60mm范围内，弹丸为动能弹，重量约为5kg。陆军将EM G视为“2020年后陆军”战车主要武器的潜在技术选项。

3　电磁炮的应用

311　用于天基反导、反卫星系统

利用卫星或其它航天器作为发射载体，将电磁炮安置于太空，执行对洲际弹道导弹的拦截以及对卫星的摧毁任务，能够充分利用电磁炮的诸多优势。电磁炮在速度达到4公里每秒时，能够拦截常规的反辐射导弹、巡航导弹和战术导弹；当天基电磁轨道炮的弹丸速度提升至5公里每秒至10公里每秒区间，便能够对战略导弹进行中段拦截；若速度进一步增至10公里每秒至15公里每秒，则能够有效实施助推后段拦截；而当速度高达20公里每秒时，便能对战略导弹实施助推段的拦截。当地基电磁炮的弹丸速度介于5公里每秒至7公里每秒之间，便能在导弹的中段与末段实施有效的拦截；而当其速度提升至6公里每秒至10公里每秒时，则能够精准击中轨道高度在300公里至1000公里之间的低轨卫星。

312　用于防空系统

电磁炮凭借其高速初速、迅速的加速、短暂的飞行时间、强大的火力、出色的抗电子干扰能力以及优异的毁伤效果，在防空系统中得到了广泛的运用。这种武器能够替代高射武器和防空导弹来完成防空任务。通常，防空电磁炮被安装在舰艇和装甲车辆上。例如，美国研发的一款长达715米的电磁炮，其射程可达数十公里，射速高达每分钟500发。美国海军计划采用此类电磁炮替换现有的“火神.方阵防空系统”，并与舰载防空及反导探测系统协同作战，以对付空中各类飞机及远程拦截舰船的导弹。陆军和空军亦计划将其应用于战术防空和空中对抗。此外，装甲车辆配备的防空电磁炮也正处于研发阶段。

313　用于反装甲、反舰系统

电磁炮适用于装备于美国未来的战斗系统、英.美联合战术侦察装甲战车以及未来侦察骑兵车等多种车型，其主要用途在于对抗装甲目标。经过靶场试验，电磁炮发射出的高速弹丸携带的巨大动能，能够击毁各类装甲目标，成为对抗坦克等装甲车辆的有效武器。若电磁炮弹的质量为50克、射速高达3千米每秒，则其具备击穿2514毫米厚装甲的能力。美军正计划开展坦克电磁炮的完整尺寸工程测试，同时计划在特定型号的战车上部署电磁炮，该炮将配备激光半主动制导系统开yunapp体育官网入口下载手机版，旨在对远距离的装甲目标实施攻击。将电磁炮装配于坦克之上，更有一显著优势，那便是若电磁炮坦克遭受敌方攻击，由于车上不含有火药或炸药，因此被引爆的风险极低，这无疑极大地增强了坦克的生存几率。再者，电磁炮技术亦被广泛应用于反舰作战体系之中。

314　用于改进常规火炮

在常规火炮的炮口处安装电磁加速装置，能够显著增强火炮的射程。美军计划采用此技术将火炮射程提升至50公里，从而扩大陆地战场的火力压制范围。此外，电磁发射技术同样适用于飞机、导弹以及卫星等领域。

4　困难和展望

电磁炮的研究领域正蓬勃发展，然而，若要使这种武器真正投入使用，还需投入更多时间进行深入研究。目前，已研发出的样品炮普遍存在体积庞大、重量过重以及效率不足等问题，因此，它们还不适合被部署和运用。目前来看，要将电磁炮打造为战场上的实际作战武器，必须重点攻克的技术难题有两个：首先，必须研发出体积紧凑、重量轻盈且能够多次利用的高功率电源，确保发射超高速弹丸时所需的强大电能供应；其次，还需研发出磁能和焦耳热损耗较低、强度重量比高的结构材料，以满足电磁发射装置在承受大电流和强载荷时的需求，同时显著提升整个系统的效率。超导技术的进步预示着上述难题有望逐步克服。目前，研发中的小型化、轻量级超导发电机和大容量超导储能设备，有望为实用电磁炮提供所需的小型化、高容量电源。若采用超导材料制造强磁场，将有助于降低导轨中的电流，进而减少导轨的磁损耗和热损耗，并可能提升整个系统的效率。1997年1月，美国与英国共同发起了一项合作计划，旨在共同推进EM G技术的成熟化进程。目前，两国正致力于电源及弹丸技术的研发。与此同时，美英两国均在对终点弹道及超高速弹丸技术进行深入研究。在这一过程中，美国所面临的挑战主要集中在电源供应和系统轨道的优化上。美国陆军设定的EM G项目发展目标包括：其重量应与同等口径的常规火炮相当，甚至更轻；脉冲电源的体积和重量应在2020年之后控制在陆军车辆的承受能力之内；而轨道部分的目标则是使火炮能够发射100至200发弹药。目前，研究人员正在探索一种新型材料，并计划利用这种材料制造轨道，以确保电磁力通过时轨道不会受到损害。当前，全球各国在电磁发射技术的研发上还处于试验阶段。据相关专家预测，电磁发射技术若要实现商业化应用，大概还需投入大约十年的时间进行不懈的努力。